使熱氣隱形的藝術

一個研究團隊選擇在這個酷寒的天氣裡介紹一個提防 …… 熱氣的新概念。將菲涅爾研究所(Institut Fresnel,由法國國家科學研究中心 [CNRS] 和埃克斯—馬賽大學 [université Aix-Marseille] 共同組成)與巴黎中央理工學院(École centrale de Paris)設計的保護塗層塗在手上,這隻手接近暖氣時就感覺不到的熱流—學術用詞是「溫度梯度」。這是防止微型電子元件因過熱而造成性能損失,或者讓熱量更能集中在太陽能設備以提高性能的必要物件。

保護塗層可用於保護電子元件。圖片來源:physicsworld.com

當然,這個概念目前只是一個理論,但是首次實驗應該很快就會進行。其構想是操縱等溫線,這些隱形線上的溫度是相同的,可以設置障礙物隔開以保護之,或者將這些線集中在某些點上,以便集中熱量。在第一種情況下,熱氣會繞過受保護的對象,不會穿透之,接著再重組成無障礙時的樣子。第二種狀況就像把熱量夾到一個特定的區域內。關鍵在於找到合適的材料塗層和適當的安置方式,以便「雕塑」這些等溫線。

這項實驗刊登在《光學快遞》雜誌(Optics Express)上,靈感來自研究員於 2006 年提出的「隱形斗篷」概念。這些尚未充分開發的設備可以讓巧妙覆以材料的物件從視線中消失。

銅、矽、聚合物

法國團隊採用相同的數學技術來改變物體周圍的幾何,以免破壞現象的傳播。但是熱方程式是一種電磁波,不像光或聲音方程式一樣可以寫下來,因此必須驗證想像中的轉變確實具有物理上的意義,還必須驗證熱量會在數位模擬中持續且正確傳遞。菲涅爾研究所的 Sébastien Guenneau 解釋:「我們已經發現數種寫入熱方程式的方法,一旦選對了,就能運作」。公式要詳盡描述如何安排具有一層或多層保護層的金屬或絕緣體來引導熱量。

因此,要讓半徑 150 微米的汽缸對熱流不敏感,需要塗上 20 層總厚度為 150 微米的不同材料。Sébastien Guenneau 重申:「就光學角度而言,也需要具對比電磁性能的不同材料,但是選擇性還是遠比熱量小,所以應該更容易製造設備來測試我們的想法。」

里耳微電子暨奈米科技研究所(IEMN)的研究團隊已經開始執行初步工作。Nathalie Rolland 宣稱:「我們對此充滿熱情。這個概念是原創且具有前景的」。她所屬的實驗室專門從事微米加工,已經開始切割銅、矽及聚合物,以便建立隔熱板和集中器的初步原型。Sébastien Guenneau 表示:「要強調的是,受保護的物體會加熱一下,但是溫度會保持恆定,而且永遠比源頭溫度還要低一半。」

這名研究員早就在研究不同波長的隱形性,他也是偶然產生了這個想法。他回憶道:「在面對歐盟評委員時,一位專家問我地震波的研究是否也能應用於其他現象,例如熱擴散現象」。因為沒有答案,他便開始進行研究,而那位富有想像力的對話者 Claude Amra 便成為其合作者之一。

作者:駐法國代表處科技組
資料來源:L’art de rendre invisible la chaleur—法國《世界報》(Le Monde) [2012-03-02]

*編註:法文報導原文連結已失效,有興趣的讀者可參考 physicsworld.com 的這篇英文報導

轉載自國科會國際合作簡訊網 [2012-04-10]


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